Строительство космической станции на Луне может показаться чем-то из научно-фантастического фильма, но каждая новая лунная миссия приближает эту идею к реальности. Ученые сосредоточились на потенциальных резервуарах лунного льда в постоянно затененных регионах, или PSR. Это ключ к созданию любой устойчивой лунной инфраструктуры. В конце августа 2023 года индийский спускаемый аппарат «Чандраян-3» приземлился на поверхности Луны в южном полярном регионе, который, как подозревают ученые, может содержать лед. Эта посадка стала важной вехой не только для Индии, но и для научного сообщества в целом. Для ученых-планетологов, таких как я, измерения с помощью инструментов на борту посадочного модуля «Викрам» «Чандраяан-3» и его небольшого шестиколесного марсохода «Прагьян» предоставляют заманчивое близкое представление о частях Луны, которые, скорее всего, содержат лед. Более ранние наблюдения показали, что лед присутствует в некоторых постоянно затененных регионах, но оценки сильно различаются в зависимости от количества, формы и распределения этих ледяных отложений.
Цель моей команды в Лаборатории физики атмосферы и космоса — понять, откуда взялась вода на Луне. Вариантами могут быть кометы или астероиды, врезающиеся в Луну, а также вулканическая активность и солнечный ветер. Каждое из этих событий оставляет после себя характерный химический отпечаток, поэтому, если мы сможем увидеть эти отпечатки, мы сможем проследить их до источника воды. Например, ожидается, что сера будет в больших количествах в отложениях лунного льда, если лед образовался в результате вулканической активности, а не комет. Как и вода, сера на Луне является «летучим» элементом, поскольку на лунной поверхности она не очень стабильна. Он легко испаряется и теряется в космосе. Учитывая ее темпераментный характер, ожидается, что сера будет накапливаться только в более холодных частях Луны. Хотя посадочный модуль «Викрам» не приземлился в постоянно затененной области, он измерил температуру на высокой южной широте 69,37° южной широты и смог идентифицировать серу в зернах почвы на поверхности Луны. Измерение содержания серы интригует, поскольку сера может указывать на источник воды на Луне.
Таким образом, ученые могут использовать температуру как способ определить, где могут оказаться подобные летучие вещества. Измерения температуры с «Чандраян-3» могут позволить ученым проверить модели нестабильности летучих веществ и выяснить, как недавно сера могла накопиться на месте посадки. Викрам и Прагян — новейшие в серии космических кораблей, которые помогли ученым изучать воду на Луне. Лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА был запущен в 2009 году и последние несколько лет провел, наблюдая за Луной с орбиты. Я соавтор проекта LRO и использую его данные для изучения распределения, формы и обилия воды на лунных полюсах. И индийский орбитальный аппарат Chandrayaan-1, и LRO позволили мне и моим коллегам использовать ультрафиолетовые и ближние инфракрасные наблюдения для выявления льда в постоянно затененных регионах путем измерения химических свойств воды. Мы точно обнаружили водяной лед в некоторых из этих регионов внутри самых холодных теней на лунных полюсах, но до сих пор не уверены, почему лед не распространен более широко.
На Меркурии, напротив, постоянно затененные области практически переполнены льдом. В течение нескольких лет ученые осознали необходимость спуститься на поверхность и провести более детальные измерения лунных летучих веществ. Обнаружив серу, посадочный модуль «Викрам» предпринял первые предварительные шаги в рамках более масштабной исследовательской программы. НАСА нацелилось на южный полюс Луны. В преддверии миссии «Артемида III» по отправке астронавтов для исследования льда на поверхности программа Commercial Lunar Payloads Services отправит несколько посадочных модулей и вездеходов для поиска льда, начиная с 2023 года. Хотя сроки запусков «Артемиды» окружают неопределенность, первая пилотируемая миссия «Артемида II» запланирована на конец 2024 или начало 2025 года, при этом петлевая траектория пройдет за обратной стороной Луны и вернется на Землю. Лунная компактная система инфракрасной визуализации, главным исследователем которой я являюсь, представляет собой инфракрасную камеру, которая будет измерять температуру и изучать состав поверхности Луны. Эта камера, получившая название L-CIRiS, недавно прошла окончательную проверку перед доставкой в НАСА, а готовый летный прибор будет подготовлен к запуску на коммерческом посадочном модуле в конце 2026 года.
До L-CIRiS в конце 2024 года планируется запустить марсоход VIPER в южный полярный регион Луны, где он доставит инструменты для поиска льда в ловушках микрохолода. Предполагается, что эти крошечные тени, некоторые из которых размером не больше копейки, содержат значительное количество воды и более доступны, чем более крупные PSR. Одной из долгосрочных целей L-CIRiS и программы коммерческих услуг НАСА по обслуживанию лунной полезной нагрузки является поиск подходящего места для долгосрочной и устойчивой лунной станции. Астронавты могли бы оставаться на этой станции, потенциально похожей на станцию Мак-Мердо в Антарктиде, но она должна быть в некоторой степени самодостаточной, чтобы быть экономически жизнеспособной. Доставка воды на Луну чрезвычайно дорогая, поэтому размещение станции вблизи ледяных резервуаров является обязательным. Во время миссии «Артемида III» астронавты НАСА будут использовать информацию, собранную программой Commercial Lunar Payload Services и другими миссиями, включая «Чандраян-3», для определения лучших мест для сбора образцов. Измерения температуры и состава Чандраяан-3 и L-CIRiS аналогичны тем, которые потребуются Артемиде для успеха. Таким образом, сотрудничество между космическими агентствами, молодыми и старыми, становится ключевой особенностью долгосрочного и устойчивого присутствия человека на Луне.
